高性能和高效馬達控制器設計

　　馬達是將電能轉換為機械能從而實現自動化的重要產品，并且他廣泛的應用于工業控制，醫療電子，白色家電，汽車電子等領域。據英國市場研究機構IMS Research最新發表的報告指出：即使在全球金融風暴的陰霾中，中國自動化控制市場依然將保持較快增長。而中國長期粗放型的生產過程造成馬達控制方式的簡陋和低效，優化馬達控制成為業內實現環保節能，提高生產力的重要手段之一。

　　功率因數校正 (PFC)在馬達控制中的應用

　　功率因數校正 (PFC) 之所以能帶來更高的電網效率，是因為它支持系統調節其吸取的電力。這就使得系統只吸取它們需要的電力，從而減少意外峰值的發生。因此，電力公司無需生產更多的電力來補償突發峰值。正因如此，PFC 將成為許多市場的一個關鍵要求——例如，IEC 60730 就要求所有在歐洲銷售的白色家電均要具有 PFC 功能。

　　馬達控制器也感到了對于更高效率的迫切需求。諸如磁場導向控制等技術能夠更加精確地控制馬達，從而使馬達能在各種速度下運轉并保持峰值效率。通過將先進的馬達控制技術同功率因數校正相結合，馬達控制系統可以滿足更高能效需求。

　　將浪涌電流限制和PFC結合應用于白色家電馬達。當歐洲強制要求80W及以上的電氣負載以高功率因數的方式消耗電路中的電流時，這意味著人類在資源和環境保護方面又向前邁出了一步。當然，許多消費類電子產品也由此受到了影響，其中包括白色家電。由于配置了逆變器用于電動馬達的驅動，所以諸如空調、冰箱、洗衣機和干燥機之類的許多家電的負載非常復雜。一般而言，復雜負載的功率因數都比較低。通過強制校正上述家用電器的功率因數，可更好地利用輸電線路送來的電能，從而節約能源并同時降低電能成本和減少燃燒礦物燃料而產生的二氧化碳排放。當今世界，很多政府監管部門都已經強制要求在白色家電中要具有類似的PFC 功能。

　　電驅動馬達中降低能耗的兩種主要方式

　　近些年來，家用電器對節能的要求變得越來越強烈。這是很顯然的，僅電冰箱所消耗的能量就超過家庭用電量的10%。由于電冰箱的馬達主要在低速運轉，就有非常大的節能潛力，通過在低速驅動器中簡單改進馬達的驅動效率就能實現。

　　同樣，據估計工業用電的65%被電驅動馬達所消耗，毫無疑問，商家正逐漸意識到節能將成為改善收益率和競爭能力的關鍵。在電驅動馬達中降低能量消耗有兩種主要的方式：改善馬達本身的效率和使用可調速驅動器來有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法。馬達設計中提升更高的效率。

　　馬達控制技術中的過熱保護

　　馬達驅動的電器在使用中可能出現的危險有電擊危險，起火危險與過熱危險。過熱保護在馬達控制技術中顯得尤為重要，如果不對馬達采取保護措施，就可能造成安全事故。下面就過熱危險討論一下馬達的過熱保護。馬達過熱的原因有很多，例如運行過載，選型不合適，冷卻故障，缺乏監控和必要的維護導致絕緣過早老化等。馬達在運行時都會產生損耗，這些損耗一方面降低了馬達的效率，另一方面損耗轉變成馬達發熱，使馬達繞組的溫度升高。繞組絕緣材料的使用壽命，同它的工作溫度有關，溫度過高，絕緣材料就會加速老化，使絕緣性能急劇降低，大幅縮短馬達的使用壽命，甚致出現火災危險與觸電危險。所以，馬達過熱保護的目的，主要是在馬達的設計、制造、安裝以及使用環節采用保護措施，當馬達在一定的負載和散熱條件下工作時，繞組的溫度不超過標準的允許值。

　　數字馬達控制系統設計

　　數字電機控制首次被引入克服傳統模擬系統在處理漂移、元件老化和溫度引起的變化的挑戰。靈活的軟件算法不僅解決了有關元件兼容性的問題，而且使開發人員靈活的處理時間環境條件下的變化。例如，不是僅僅能夠把風扇電機完全開或關，而是通過數字化工具，風扇轉速可以根據系統溫度來調整。此外，系統可以自我校正，從而不再需要進行定期的人工維護。

　　設計數字馬達控制系統時需要考慮的主要問題是需針對實施選擇合適的處理器，同時處理器字長也至關重要。設計人員需要關注定點處理器中因定點數表示法而引起的量化誤差問題。這些誤差將會降低控制系統的性能，使設計人員無法最大限度地發揮出高級算法的優勢。

　　理解并控制數字馬達控制系統的量化誤差--第一部分

　　理解并控制數字馬達控制系統的量化誤差--第二部分

　　白皮書——高性能和高效馬達控制系統設計

　　最后，此次半月談我們以一篇《高性能和高效馬達控制系統設計》白皮書做為結束。本文提供了一個電機控制設計概述，如多種電機控制，磁場定向控制，功率因數校正和傳感器控制。還涉及現今的微控制器(MCU)如何為廣泛的應用提供更高的精度，功率效率和低成本。